Сбоеустойчивые самосинхронные счетчики

В статье рассмотрена проблема создания сбоеустойчивых самосинхронных (СС) счетчиков. Сбоеустойчивые самосинхронные схемы имеют более высокую сбоеустойчивость в сравнении с синхронными аналогами благодаря аппаратной избыточности, двухфазной дисциплине работы и подтверждению завершения всех инициированных переключений элементов схемы в каждой фазе. Такие схемы с памятью, в том числе и счетчики, более чувствительны к сбоям из-за возможной инверсии хранимого бита данных под влиянием сбоя. Для их сбоеустойчивой реализации используются специальные схемотехнические методы: DICE и Quatro. Проведено сравнение характеристики бистабильных ячеек DICE- и Quatro-типа, использующихся в сбоеустойчивых самосинхронных счетчиках, и даны рекомендации по их реализации.

1. Викторова В.C., Лубков Н.В., Степанянц А.С. Анализ надежности отказоустойчивых управляющих вычислительных систем. М.: ИПУ РАН; 2016. 117 с.

2. Артемов А.Д., Данилин Ю.И., Курышев А.В. и др. Функционирование БИС после протонного и нейтронного воздействий. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2019; (4): 50—56.

3. Шавеньков Н.К. Основы теории информации и кодирования. М.: Изд-во МИИГАиК; 2019. 126 с.

4. Song W., Zhang G. Fault-tolerant asynchronous circuits. In : Asynchronous on-chip networks and fault-tolerant techniques. CRC Press; 2022. 58 p. https://doi.org/10.1201/9781003284789-5

5. Зацаринный А.А., Степченков Ю.А., Дьяченко Ю.Г., Рождественский Ю.В., Плеханов Л.П. Отказоустойчивые самосинхронные схемы. В: Материалы IV Междунар. конф. «Математическое моделирование в материаловедении электронных компонентов». ММMЭК-2022. 24–26 октября 2022 г., Москва, Россия. М.: МАКС Пресс; 2022. С. 176—178. https://doi.org/10.29003/m3103.ММMSEC-2022/176-178

6. Stepchenkov Y.A., Kamenskih A.N., Diachenko Y.G., Rogdestvenski Y.V., Diachenko D.Y. Improvement of the natural self-timed circuit tolerance to short-term soft errors. Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal. 2020; 5(2): 44. https://doi.org/10.25046/aj050206

7. Зацаринный А.А., Степченков Ю.А., Дьяченко Ю.Г., Рождественский Ю.В. Сравнение сбоеустойчивых синхронных и самосинхронных схем. В: Материалы III Междунар. конф. «Математическое моделирование в материаловедении электронных компонентов». ММMЭК-2021. 25–27 октября 2021 г., Москва. М.: Макс Пресс; 2021. С. 154—156. https://doi.org/10.29003/m2498.ММMSEC-2021/154-156

8. Варшавский В.И., Кишиневский М., Мараховский В.Б., Песчанский В.А., Розенблюм Л.Я., Таубин А.Р., Цирлин Б.С. Автоматное управление асинхронными процессами в ЭВМ и дискретных системах. М.: Наука; 1986. 400 с.

9. Ольчев С.И., Стенин В.Я. Двухфазные КМОП логические элементы с повышенной сбоеустойчивостью к воздействию отдельных ядерных частиц. Микроэлектроника. 2011; 40(3): 170—183.

10. Kumar S.S., Sundaram K., Padmanaban S., Holm-Nielsen J.B., Blaabjerg F. Flip-flop in 45 nm CMOS technology. IET Circuit Devices and Systems. 2021; 15(6): 571—580. https://doi.org/10.1049/cds2.12052

11. Danilov I.A., Gorbunov M.S., Shnaider A.I., Balbekov A.O., Rogatkin Y.B., Bobkov S.G. DICE-based Muller C-elements for soft error tolerant asynchronous ICs. In: Proc. 16th European conf. on radiation and its effects on components and systems (RADECS). 19–23 September 2016. Bremen, Germany. IEEE; 2016. P. 1—4. https://doi.org/10.1109/RADECS.2016.8093145

12. Mavis D., Eaton P. SEU and SET modeling and mitigation in deep submicron technologies. In: 2007 IEEE Inter. reliability physics symposium proceedings. 45th Annual. 15–19 April 2007. Phoenix, AZ, USA. IEEE; 2007. P. 293—305. https://doi.org/10.1109/RELPHY.2007.369907